WO2024070418A1 - 保護素子及び保護素子の製造方法 - Google Patents

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WO2024070418A1
WO2024070418A1 PCT/JP2023/031294 JP2023031294W WO2024070418A1 WO 2024070418 A1 WO2024070418 A1 WO 2024070418A1 JP 2023031294 W JP2023031294 W JP 2023031294W WO 2024070418 A1 WO2024070418 A1 WO 2024070418A1
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WO
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fuse element
heating element
intermediate electrode
flux
fuse
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PCT/JP2023/031294
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English (en)
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雅裕 幸保
雅巳 川津
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デクセリアルズ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00—Thermally-actuated switches
    • H01H37/74—Switches in which only the opening movement or only the closing movement of a contact is effected by heating or cooling
    • H01H37/76—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H69/00—Apparatus or processes for the manufacture of emergency protective devices
    • H01H69/02—Manufacture of fuses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05—Component parts thereof
    • H01H85/055—Fusible members
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/18—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators

Definitions

  • This technology relates to a protection element that is mounted on a current path and cuts off the current path by melting a fuse element when heated by a heating element.
  • Lithium-ion secondary batteries are high-output, high-energy density batteries that are used in small mobile devices such as laptops, mobile phones, and smartphones, and in recent years have been increasingly adopted in devices that require large capacity, high current, and high voltage, such as power tools, electric bicycles, electric motorcycles, electric cars, and home storage batteries.
  • the protection elements used in the protection circuits include FETs that electrically switch the battery on and off, thermistors that detect temperature, and fuses that physically cut off the circuit, although fuses with heating elements are often used.
  • a protective element consisting of a fuse with a heating element not only has the function of breaking when an overcurrent occurs like a typical current fuse, but also has the ability to melt and break the fuse element by heating the heating element when the electronic circuit detects an abnormality.
  • this protective element has the advantage that it breaks quickly in the event of an abnormality, and that a safety margin that takes into account battery characteristics, operating conditions, etc. can be easily set in the circuit, making it possible to melt and break the fuse element at the intended timing.
  • FIG. 15 shows an example of the configuration of a surface-mount type protective element, where (A) is a plan view with the cap member omitted, (B) is a cross-sectional view, and (C) is a bottom view.
  • the 15 includes an insulating substrate 101, first and second electrodes 102 and 103 formed on the surface of the insulating substrate 101, a heating element 104 formed on the surface of the insulating substrate 101, an insulating layer 105 covering the heating element 104, an intermediate electrode 106 laminated on the insulating layer 105 and connected to the heating element 104, a fuse element 107 which is a fusible conductor mounted across the first electrode 102, the intermediate electrode 106, and the second electrode 103 via a connecting material 110 made of various tin-based solder pastes, and a flux 111 applied to the fuse element 107.
  • the first and second electrodes 102, 103 are terminals connected to the current path of the external circuit to which the protective element 100 is connected, and are connected via castellations to the first and second external connection electrodes 102a, 103a formed on the back surface of the insulating substrate 101.
  • the first and second external connection electrodes 102a, 103a of the protective element 100 are connected to connection electrodes provided on the external circuit board on which the protective element 100 is mounted, and the fuse element 107 is incorporated into part of the current path formed on the external circuit board.
  • the heating element 104 is a conductive material with a relatively high resistance that generates heat when electricity is passed through it, and is made of, for example, nichrome, W, Mo, Ru, or a material containing these.
  • the heating element 104 is connected to a heating element electrode 108 formed on the surface of the insulating substrate 101.
  • the heating element electrode 108 is connected to a third external connection electrode 108a formed on the back surface of the insulating substrate 101 via a castellation.
  • the third external connection electrode 108a of the protective element 100 is connected to a connection electrode provided on an external circuit board on which the protective element 100 is mounted, and thus the heating element 104 is connected to an external power source provided in an external circuit.
  • the heating element 104 is constantly controlled by a switch element (not shown) or the like.
  • the heating element 104 is covered with an insulating layer 105 made of a glass layer or the like, and an intermediate electrode 106 is formed on the insulating layer 105, so that the heating element 104 is superimposed on the intermediate electrode 106 via the insulating layer 105.
  • a fuse element 107 connected between the first and second electrodes 102, 103 is connected onto the intermediate electrode 106 via a connecting material 110.
  • the protective element 100 is thermally connected by overlapping the heating element 104 and the fuse element 107, and when the heating element 104 generates heat due to the passage of electricity, the fuse element 107 can be melted.
  • the fuse element 107 is connected from the first electrode 102 through the intermediate electrode 106 to the second electrode 103, thereby forming part of the current path of the external circuit in which the protective element 100 is incorporated.
  • the fuse element 107 melts due to self-heating (Joule heat) when a current exceeding the rated current flows through it.
  • the fuse element 107 melts due to heat generated by the heating element 104, and the molten conductor melts by condensing on the first and second electrodes 102, 103 and the intermediate electrode 106. This disconnects the first and second electrodes 102, 103.
  • Patent No. 5072796 Japanese Patent No. 5876346
  • the amount of flux applied to prevent oxidation of the fuse element is increased as a countermeasure, the heat absorption by the flux will increase, and the time required to reach the temperature required for melting will be extended. This may result in the intermediate electrode being unable to accommodate the fuse element that has oxidized due to overheating, and the fuse element may not melt.
  • the aim of this technology is to provide a protection element that can blow quickly and reliably even when the cross-sectional area of the fuse element is increased by applying flux appropriately.
  • the protective element according to the present technology has an insulating substrate, a heating element provided on the surface side of the insulating substrate, an insulating layer covering the heating element, an intermediate electrode provided on the insulating layer, a fuse element connected to the intermediate electrode, and flux provided on the fuse element, the intermediate electrode having a length equal to or greater than that of the heating element in a direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element, and a tip portion of the intermediate electrode extending beyond the heating element, and the flux being applied beyond the fuse element in a direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element, to at least the same position as the heating element.
  • the protective element according to the present technology includes an insulating substrate, an intermediate electrode provided on the front side of the insulating substrate, a fuse element connected to the intermediate electrode, flux provided on the fuse element, a heating element provided on the back side of the insulating substrate opposite the front side, and an insulating layer covering the heating element, the intermediate electrode having a length equal to or greater than that of the heating element in a direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element, and a tip portion of the intermediate electrode extending beyond the heating element, and the flux being applied beyond the fuse element in a direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element, to at least the same position as the heating element.
  • the manufacturing method of the protective element according to the present technology includes the steps of forming a connector having an insulating substrate, a heating element provided on the surface side of the insulating substrate, an insulating layer covering the heating element, and an intermediate electrode provided on the insulating layer, the connector having a fuse element connected to the intermediate electrode, applying flux onto the fuse element through a mask having an opening corresponding to the application area, and connecting a cap member to the surface of the insulating substrate on which the fuse element is mounted to cover the substrate surface, the intermediate electrode having a length equal to or greater than the heating element in a direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element, and a tip portion of the intermediate electrode extending beyond the heating element, and the flux being applied beyond the fuse element in a direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element, at least to the same position as the heating element.
  • the manufacturing method of the protective element according to the present technology includes an insulating substrate, an intermediate electrode provided on the front side of the insulating substrate, a heating element provided on the back side opposite to the front side of the insulating substrate, and an insulating layer covering the heating element, and includes a step of forming a connector in which a fuse element is connected to the intermediate electrode, a step of applying flux onto the fuse element through a mask having an opening corresponding to the application area, and a step of connecting a cap member to the surface of the insulating substrate on which the fuse element is mounted to cover the substrate surface, the intermediate electrode having a length equal to or greater than the heating element in a direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element, and a tip portion of the intermediate electrode protruding beyond the heating element, and the flux is applied beyond the fuse element in a direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element, at least to the same position as the heating element.
  • This technology makes it possible to provide a protection element that can blow quickly and reliably even when the cross-sectional area of the fuse element is increased.
  • FIG. 1 shows an example of the configuration of a protection element having a heating element on the surface of an insulating substrate, in which (A) is a plan view showing the cap member omitted, (B) is a cross-sectional view taken along line A-A, and (C) is a cross-sectional view taken along line B-B.
  • 2A and 2B are diagrams showing a state in which the fuse element in the protection element shown in FIG. 1 has been blown, in which (A) is a plan view showing the protection element with the cap member omitted, and (B) is a cross-sectional view taken along line B--B.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a fusible conductor.
  • FIG. 4A and 4B are cross-sectional views showing the steps of manufacturing a protective element, in which (A) shows the step of applying flux, (B) shows a connection body to which flux has been applied, and (C) shows the protective element.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a battery pack.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a protection element.
  • 7A and 7B are diagrams showing a protective element according to a modified example, in which (A) is a plan view showing the protective element without a cap member, and (B) is a cross-sectional view taken along line AA.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of a protection element according to a modified example.
  • FIG. 9 shows an example of the configuration of a protection element having a heating element on the back surface of an insulating substrate, where (A) is a plan view showing the cap member omitted, (B) is an A-A cross-sectional view, (C) is a B-B cross-sectional view, and (D) is a bottom view.
  • FIG. 10 is a plan view showing the protective element shown in FIG. 9 in a blown state of the fuse element, with the cap member omitted.
  • 11A and 11B are diagrams showing a protective element according to a comparative example, in which (A) is a plan view showing the protective element without a cap member, and (B) is a cross-sectional view taken along line AA.
  • FIGS. 12A and 12B are diagrams showing a protective element according to Example 1, in which (A) is a plan view showing the protective element without a cap member, and (B) is a cross-sectional view taken along line AA.
  • FIG. 13 is a diagram showing a protection element according to Example 2, where (A) is a plan view showing the protection element without a cap member, and (B) is a cross-sectional view taken along line AA.
  • FIG. 14 is a diagram showing a protective element according to Example 3, where (A) is a plan view showing the protective element without a cap member, and (B) is a cross-sectional view taken along line AA.
  • 15A and 15B are diagrams showing an example of the configuration of a surface-mount type protection element, in which (A) is a plan view showing the protection element without the cap member, (B) is a cross-sectional view, and (C) is a bottom view.
  • the protective element 1 to which this technology is applied has an insulating substrate 2, a heating element 4 provided on the surface 2a side of the insulating substrate 2, an insulating layer 5 covering the heating element 4, an intermediate electrode 6 provided on the insulating layer 5, a fuse element 3 connected to the intermediate electrode 6, and flux 7 provided on the fuse element 3.
  • the intermediate electrode 6 has a length equal to or greater than that of the heating element 4 in a direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element 3, and its tip protrudes beyond the heating element 4.
  • the flux 7 is applied beyond the fuse element 3 in a direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element 3, to at least the same position as the heating element 4.
  • the protective element 1 has an application area of the flux 7 at the same position as the heating element 4 in a plan view, and can prevent oxidation of the fuse element 3 and the intermediate electrode 6 without excessively increasing the amount of flux. Therefore, the protective element 1 is efficiently activated by the heat generated by the heating element 4 in the range where the flux 7 melts the fuse element 3 while suppressing excessive heat absorption by the flux 7. This prevents oxidation of the fuse element 3 and promotes melting, and prevents oxidation of the intermediate electrode 6 to maintain wettability. Therefore, even if the cross-sectional area of the fuse element 3 is increased, the fuse element 3 can be reliably melted without extending the melting time. Furthermore, the fuse element 3 melts quickly, which prevents damage to the intermediate electrode 6 and the heating element 4 themselves and stabilizes the heat generation cut-off operation.
  • the fuse element 3 forms part of the current path of the external circuit, and cuts off the current path by melting due to heat generation from the heating element 4 or an overcurrent exceeding the rated value (see Figure 2).
  • the protective element 1 will be described in detail below.
  • the insulating substrate 2 is formed of an insulating material such as alumina, glass ceramics, mullite, zirconia, etc. Alternatively, the insulating substrate 2 may be made of a material used for printed wiring boards, such as a glass epoxy board or a phenol board.
  • the surface of the insulating substrate 2 on which the fuse element 3 is mounted is referred to as the front surface 2a, and the surface opposite to the surface on which the fuse element 3 is mounted is referred to as the back surface 2b.
  • a first electrode 11 and a second electrode 12 are formed on both opposing ends of the surface 2a of the insulating substrate 2.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 are each formed of a conductive pattern of Ag, Cu, an alloy thereof, or the like.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 can be formed, for example, by printing an Ag paste in a predetermined pattern by screen printing, and then firing the printed pattern at a predetermined temperature.
  • the first electrode 11 is connected from the front surface 2a of the insulating substrate 2 to a first external connection electrode 15 formed on the back surface 2b via a castellation.
  • the second electrode 12 is connected from the front surface 2a of the insulating substrate 2 to a second external connection electrode 16 formed on the back surface 2b via a castellation.
  • a surface mount type protective element 1 when the protective element 1 is mounted on an external circuit board, the first and second external connection electrodes 15, 16 are connected to connection electrodes provided on the external circuit board, and the fuse element 3 is incorporated into a part of the current path formed on the external circuit board.
  • the first and second electrodes 11, 12 are electrically connected via the fuse element 3, which is mounted via various tin-based solder pastes or other conductive connection materials. As shown in FIG. 2, the first and second electrodes 11, 12 are disconnected when the heating element 4 generates heat as current flows and the fuse element 3 melts, or when a large current exceeding the rated current flows through the protective element 1 and the fuse element 3 melts due to self-heating (Joule heat).
  • the heating element 4 is a conductive member that generates heat when a current is applied and is made of, for example, nichrome, W, Mo, Ru, or a material containing these.
  • the heating element 4 can be formed by mixing a powder of these alloys, compositions, or compounds with a resin binder or the like, forming a paste on the insulating substrate 2 using a screen printing technique, and firing the paste.
  • the heating element 4 can be formed by adjusting a mixed paste of a ruthenium oxide paste, silver, and glass paste according to a predetermined voltage, forming a film with a predetermined area at a predetermined position on the surface 2a of the insulating substrate 2, and then firing the film under appropriate conditions.
  • the shape of the heating element 4 can be designed as appropriate, but it is preferable to make it approximately rectangular according to the shape of the insulating substrate 2 as shown in FIG. 1 in order to maximize the heating area.
  • the heating element 4 has one end 4a connected to the first lead electrode 17 and the other end 4b connected to the second lead electrode 18.
  • the first lead electrode 17 is led out from the first heating element electrode 8 formed on one side edge of the surface 2a of the insulating substrate 2.
  • the second lead electrode 18 is led out from the second heating element electrode 9 formed on the other side edge of the surface 2a of the insulating substrate 2.
  • the first lead electrode 17 is led out from the first heating element electrode 8 along one end 4a of the heating element 4, and in the protective element 1 shown in FIG. 1, it extends along one side edge of the heating element 4 formed in a substantially rectangular shape and overlaps one side edge of the heating element 4.
  • the second lead electrode 18 is led out from the second heating element electrode 9 along the other end 4b of the heating element 4, and in the protective element 1 shown in FIG. 1, it extends along the other side edge of the heating element 4 formed in a substantially rectangular shape and overlaps the other side edge of the heating element 4.
  • the heating element 4, the first lead electrode 17 and the second lead electrode 18 are covered with an insulating layer 5.
  • An intermediate electrode 6 is formed on the insulating layer 5.
  • the insulating layer 5 serves to protect and insulate the heating element 4.
  • the insulating layer 5 is formed to be thin, for example, 10 to 40 ⁇ m thick, so that the heat from the heating element 4 can be efficiently transferred to the intermediate electrode 6 and the fuse element 3.
  • the insulating layer 5 can be formed, for example, by applying and firing a glass-based paste.
  • the first heating element electrode 8 and the second heating element electrode 9 are formed on opposing side edges of the insulating substrate 2 that are different from the side edges on which the first and second electrodes 11, 12 are provided.
  • the first heating element electrode 8 is an electrode that serves as a power supply terminal for the heating element 4, and is connected to one end 4a of the heating element 4 via a first extraction electrode 17, and is continuous with a third external connection electrode 10 formed on the rear surface 2b of the insulating substrate 2 via a castellation.
  • the second heating element electrode 9 is connected to the other end 4b of the heating element 4 via a second extraction electrode 18, and is also connected to the intermediate electrode 6.
  • the first and second heating electrodes 8, 9, the first and second extraction electrodes 17, 18, and the intermediate electrode 6 can be formed by printing and firing a conductive paste such as Ag or Cu, in the same manner as the first and second electrodes 11, 12.
  • a conductive paste such as Ag or Cu
  • each of these electrodes formed on the surface 2a of the insulating substrate 2 from the same material, they can be formed in one or more printing and firing processes.
  • the first heating element electrode 8 may be provided with a restricting wall (not shown) that prevents the connection solder provided on the electrode of the external circuit board connected to the third external connection electrode 10 from melting during reflow mounting or the like, creeping up onto the first heating element electrode 8 through castellation, and spreading over the first heating element electrode 8.
  • the first and second electrodes 11 and 12 may also be provided with a restricting wall.
  • the restricting wall can be formed using an insulating material that is not wettable by solder, such as glass, solder resist, or insulating adhesive, and can be formed by printing or the like on the first heating element electrode 8 and the first and second electrodes 11 and 12. By providing the restricting wall, the molten connection solder can be prevented from spreading over the first heating element electrode 8 and the first and second electrodes 11 and 12, and the connectivity between the protection element 1 and the external circuit board can be maintained.
  • the intermediate electrode 6 is an electrode that is provided from the second heating element electrode 9 onto the insulating layer 5. One end of the intermediate electrode 6 is connected to the other end 4b of the heating element 4 via the second heating element electrode 9 and the second extraction electrode 18. The other end of the intermediate electrode 6 extends onto the insulating layer 5 in the region between the first electrode 11 and the second electrode 12, and is superimposed on the heating element 4 via the insulating layer 5.
  • the intermediate electrode 6 is connected to the fuse element 3 via a bonding material such as a connecting solder.
  • the fuse element 3 is mounted between the first and second electrodes 11, 12, and melts due to heat generated by the passage of current through the heating element 4, or due to self-heating (Joule heat) caused by the passage of a current exceeding the rated value, thereby cutting off the current path between the first electrode 11 and the second electrode 12. Flux 7 is applied to the fuse element 3 to prevent oxidation, improve wettability, and facilitate rapid melting. The configuration of the fuse element 3 will be described in detail later.
  • the surfaces of the first and second electrodes 11, 12 and the intermediate electrode 6 are coated with a film such as Ni/Au plating, Ni/Pd plating, Ni/Pd/Au plating, etc., by a known method such as plating.
  • a film such as Ni/Au plating, Ni/Pd plating, Ni/Pd/Au plating, etc.
  • plating a known method such as plating.
  • This prevents oxidation of the first and second electrodes 11, 12 and the intermediate electrode 6, and prevents fluctuations in the rating due to an increase in the conductive resistance.
  • the protective element 1 is reflow mounted, it is possible to prevent the first and second electrodes 11, 12 and the intermediate electrode 6 from being corroded (solder eaten) by melting the connection solder connecting the fuse element 3.
  • the intermediate electrode 6 has a length equal to or greater than that of the heating element 4 in a direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element 3 in a plan view, and the tip portion extending on the insulating layer 5 protrudes beyond the heating element 4 in the direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element 3.
  • the flux 7 is applied beyond the fuse element 3 in the direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element 3, up to at least the same position as the heating element 4.
  • the direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element 3 is the melting direction of the fuse element 3, and the fuse element 3 can cut off the current path between the first and second electrodes 11, 12 by melting in this direction. And by applying the flux 7 beyond the fuse element 3 in this direction and at least up to the same position as the heating element 4, the application area of the flux 7 of the protective element 1 is in the same position as the heating element 4 in a plan view, and oxidation of the fuse element 3 and intermediate electrode 6 can be prevented without excessively increasing the amount of flux.
  • the protective element 1 uses the heat generated by the heating element 4 to suppress excessive heat absorption by the flux 7, while melting the fuse element 3 in the range necessary for the flux 7 to cut off the current path, and prevents oxidation of the intermediate electrode 6.
  • the protective element 1 can efficiently prevent oxidation of the fuse element 3 and promote melting, while preventing oxidation of the intermediate electrode 6 and maintaining wettability. Therefore, even if the cross-sectional area of the fuse element 3 is increased, the fuse element 3 can be reliably melted without extending the melting time.
  • the rapid melting of the fuse element 3 prevents damage to the intermediate electrode 6 and the heating element 4 themselves, and stabilizes the heat generation cut-off operation.
  • the flux 7 can be applied in a predetermined amount to a predetermined area by applying it through a mask with openings corresponding to the application area.
  • a mask such as a metal mask or screen mask with openings corresponding to the application area of the flux 7 is prepared, and this mask is placed around the application area of the flux 7 and pressed with a squeegee. This allows the flux 7 to be printed in the opening area of the mask to the extent of the thickness of the mask.
  • the flux 7 may be applied at least up to the same position as the heating element 4 in the current flow direction of the fuse element 3. That is, the protective element 1 may be configured so that the flux 7 is applied up to the formation position of the heating element 4 in the current flow direction of the fuse element 3 and in a direction perpendicular to the current flow direction.
  • the range to which the flux 7 is applied is the entire area that overlaps with the heating element 4, which more efficiently prevents oxidation of the fuse element 3 and the intermediate electrode 6 due to heat generation by the heating element 4, and promotes melting of the fuse element 3 by activation of the flux 7.
  • the application area of the flux 7 is narrower than the area of the fuse element 3, it is possible to prevent heat absorption caused by an excessive increase in the amount of flux and the resulting delay in melting time.
  • the flux 7 may be applied beyond the fuse element 3 to the intermediate electrode 6 and/or the insulating layer 5. That is, even if there is a portion where the heating element 4 and the fuse element 3 do not overlap in a plan view, the flux 7 may be applied to the entire area that overlaps with the heating element 4, including the non-overlapping area.
  • the flux 7 may be applied to the intermediate electrode 6, oxidation of the intermediate electrode 6 is prevented, and the molten conductor 3a of the fuse element 3 becomes more easily wetted, facilitating melting.
  • the opening 32 of the mask 31 can also be formed rectangular, improving the printing quality of the flux 7 (see FIG. 4).
  • the protective element 1 is also attached to a cap member 19 via adhesive, which covers the surface 2a of the insulating substrate 2 on which the fuse element 3 is mounted.
  • the cap member 19 protects the inside of the protective element 1 and prevents the molten material that is generated when the fuse element 3 melts down from scattering.
  • the cap member 19 can be made of insulating materials such as various engineering plastics and ceramics.
  • the cap member 19 may have a protrusion 19a that stands upright facing the intermediate electrode 6 to hold the flux 7 in a predetermined position.
  • the height of the protrusion 19a is determined so that the tip of the protrusion 19a comes into contact with the surface of the flux 7 applied to the surface of the fuse element 3, etc.
  • the shape of the protrusion 19a is not particularly limited, and may be, for example, cylindrical, columnar, or the like. One or more protrusions 19a may be provided. The surface of the protrusion 19a that comes into contact with the flux 7 may be smooth or may be rough and matte.
  • the arrangement pattern of the protrusions 19a is not particularly limited, and it is preferable to provide multiple protrusions 19a standing upright along a direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element 3. Furthermore, by arranging them above the intermediate electrode 6 along the longitudinal direction of the heating element 4, the flux 7 can be held beyond the fuse element 3 in the direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element 3, at least up to the same position as the heating element 4.
  • the protrusions 19a may be arranged in a row at a predetermined interval, or in multiple rows. Furthermore, when arranged in multiple rows, the protrusions 19a may be arranged in parallel or in a staggered pattern.
  • the fuse element 3 is mounted between the first and second electrodes 11, 12, and melts down due to heat generated by energization of the heating element 4 or due to self-heating (Joule heat) when a current exceeding the rated current is passed through it, thereby cutting off the current path between the first electrode 11 and the second electrode 12.
  • the fuse element 3 may be made of any conductive material that melts when the heating element 4 generates heat due to current flow or when an overcurrent occurs.
  • any conductive material that melts when the heating element 4 generates heat due to current flow or when an overcurrent occurs.
  • SnAgCu-based Pb-free solder BiPbSn alloy, BiPb alloy, BiSn alloy, SnPb alloy, PbIn alloy, ZnAl alloy, InSn alloy, PbAgSn alloy, etc. can be used.
  • Fuse element 3 may also be a structure containing a high melting point metal and a low melting point metal.
  • fuse element 3 is a laminated structure consisting of an inner layer and an outer layer, and has low melting point metal layer 13 as the inner layer and high melting point metal layer 14 as the outer layer laminated on low melting point metal layer 13.
  • Fuse element 3 is connected to first and second electrodes 11, 12 and intermediate electrode 6 via a conductive connection material such as connection solder.
  • the low melting point metal layer 13 is preferably a metal containing solder or Sn as a main component, and is a material generally called "Pb-free solder".
  • the melting point of the low melting point metal layer 13 does not necessarily need to be higher than the temperature of the reflow furnace, and may melt at about 200°C.
  • the high melting point metal layer 14 is a metal layer laminated on the surface of the low melting point metal layer 13, and is, for example, a metal containing Ag or Cu as a main component, or either of these, and has a high melting point that does not melt even when the first and second electrodes 11, 12 and the intermediate electrode 6 are connected to the fuse element 3 or the protective element 1 is mounted on an external circuit board by reflow.
  • Such a fuse element 3 can be formed by depositing a high melting point metal layer on a low melting point metal foil using a plating technique, or can be formed using other well-known lamination techniques or film formation techniques.
  • the fuse element 3 may have a structure in which the entire surface of the low melting point metal layer 13 is covered with the high melting point metal layer 14, or a structure in which only a pair of opposing side surfaces are covered.
  • the fuse element 3 may be configured with the high melting point metal layer 14 as the inner layer and the low melting point metal layer 13 as the outer layer, or may have a multilayer structure of three or more layers in which the low melting point metal layer 13 and the high melting point metal layer 14 are alternately laminated, or an opening is provided in part of the outer layer to expose part of the inner layer, and can be formed in various other configurations.
  • the fuse element 3 By laminating the high melting point metal layer 14 as the outer layer on the low melting point metal layer 13 as the inner layer, the fuse element 3 can maintain its shape and will not melt even if the reflow temperature exceeds the melting temperature of the low melting point metal layer 13. Therefore, the first and second electrodes 11, 12 and the intermediate electrode 6 can be connected to the fuse element 3 and the protective element 1 can be mounted on an external circuit board efficiently by reflow. Furthermore, even if the fuse element 3 is deformed by reflow, the resistance value becomes locally high or low, and this prevents fluctuations in the melting characteristics, such as not melting at a specified temperature or melting below the specified temperature.
  • Fuse element 3 will not melt even due to self-heating while a specified rated current is flowing. When a current higher than the rated current flows, it melts due to self-heating, cutting off the current path between the first and second electrodes 11, 12. When electricity is passed through heating element 4, it generates heat and melts, cutting off the current path between the first and second electrodes 11, 12.
  • the fuse element 3 corrodes (solder eats) the high melting point metal layer 14, causing the high melting point metal layer 14 to melt at a temperature lower than the melting temperature. Therefore, the fuse element 3 can be blown in a short time by utilizing the erosion of the high melting point metal layer 14 by the low melting point metal layer 13.
  • the molten conductor 3a of the fuse element 3 is divided by the physical pulling action of the intermediate electrode 6 and the first and second electrodes 11, 12, so the current path between the first and second electrodes 11, 12 can be quickly and reliably interrupted (Figure 2).
  • Fuse element 3 is preferably formed so that the volume of low melting point metal layer 13 is greater than the volume of high melting point metal layer 14.
  • the low melting point metal melts and corrodes the high melting point metal, thereby enabling rapid melting and blowing. Therefore, by forming the volume of low melting point metal layer 13 to be greater than the volume of high melting point metal layer 14, fuse element 3 can promote this corrosion action and quickly cut off the connection between first and second electrodes 11, 12.
  • the fuse element 3 is constructed by laminating a high melting point metal layer 14 on a low melting point metal layer 13 which serves as an inner layer, the melting temperature can be significantly reduced compared to conventional chip fuses made of high melting point metals. Therefore, the fuse element 3 has a larger cross-sectional area and a significantly improved current rating compared to chip fuses of the same size. In addition, it can be made smaller and thinner than conventional chip fuses with the same current rating, and has excellent melting speed.
  • the fuse element 3 can improve resistance (pulse resistance) to surges in which an abnormally high voltage is instantaneously applied to an electrical system in which the protective element 1 is incorporated.
  • the fuse element 3 must not melt even when a current of, for example, 100 A flows for several milliseconds.
  • the fuse element 3 since a large current that flows in an extremely short time flows on the surface layer of the conductor (skin effect), the fuse element 3 has a low-resistance high-melting-point metal layer 14 such as Ag plating as an outer layer, which makes it easy to pass the current applied by a surge and prevents melting due to self-heating. Therefore, the fuse element 3 can significantly improve resistance to surges compared to fuses made of conventional solder alloys.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the protective element 1, in which (A) shows a process of applying flux, (B) shows a connecting body 30 to which the flux has been applied, and (C) shows the protective element 1.
  • the manufacturing process of the protective element 1 includes a process of forming a connecting body 30 having an insulating substrate 2, a heating element 4 provided on the surface 2a side of the insulating substrate 2, an insulating layer 5 covering the heating element 4, and an intermediate electrode 6 provided on the insulating layer 5, and having a fuse element 3 connected to the intermediate electrode 6, a process of applying flux 7 onto the fuse element 3 through a mask 31 having an opening corresponding to the application region, and a process of connecting a cap member 19 to the surface 2a of the insulating substrate 2 on which the fuse element 3 is mounted to cover the substrate surface.
  • the first and second electrodes 11, 12, the first and second heating element electrodes 8, 9, and the first and second extraction electrodes 17, 18 are formed on the surface 2a of the insulating substrate 2 by printing and firing a conductive paste such as Ag or Cu using a screen printing technique or the like.
  • the heating element 4 is made of nichrome, W, Mo, Ru, etc. or a material containing these, and can be formed by mixing a powder of these alloys, compositions, or compounds with a resin binder or the like to form a paste, forming a pattern on the insulating substrate 2 using a screen printing technique or the like, and firing the paste.
  • the insulating layer 5 is formed on the heating element 4 and the first and second extraction electrodes 17, 18 by applying a glass-based paste or the like using a screen printing technique or the like, and firing the paste.
  • an intermediate electrode 6 is formed from the second heating element electrode 9 onto the insulating layer 5 by printing and firing a conductive paste such as Ag or Cu using a screen printing technique or the like.
  • the first and second electrodes 11, 12 and intermediate electrode 6 are printed with a conductive connection material such as connection solder, and after the fuse element 3 is mounted, they are subjected to a reflow process. This results in a connection body 30 to which the fuse element 3 is connected.
  • flux 7 is applied onto the fuse element 3 through a mask 31 (metal mask, screen mask, etc.) having openings 32 corresponding to the application area.
  • a mask 31 metal mask, screen mask, etc.
  • a squeegee 33 slides over the surface of the mask 31, so that flux 7 can be applied to the position and area corresponding to the openings 32, to the thickness of the mask 31.
  • a cap member 19 is connected to the surface 2a of the insulating substrate 2 on which the fuse element 3 is mounted, covering the substrate surface and obtaining a protective element 1.
  • the flux 7 in contact with the tip of the protrusion 19a is attracted by the surface tension and the flux 7 can be held in a predetermined position.
  • Such a protection device 1 is used by being incorporated into a circuit in a battery pack 20 of, for example, a lithium ion secondary battery.
  • the battery pack 20 has a battery stack 25 consisting of, for example, a total of four battery cells 21a to 21d of lithium ion secondary batteries.
  • the battery pack 20 includes a battery stack 25, a charge/discharge control circuit 26 that controls the charging and discharging of the battery stack 25, a protection element 1 to which the present invention is applied that cuts off the charge/discharge path when an abnormality occurs in the battery stack 25, a detection circuit 27 that detects the voltage of each of the battery cells 21a to 21d, and a current control element 28 that serves as a switch element that controls the operation of the protection element 1 according to the detection result of the detection circuit 27.
  • the battery stack 25 is a series connection of battery cells 21a to 21d that require control to protect against overcharging and overdischarging, and is detachably connected to a charging device 22 via the positive terminal 20a and negative terminal 20b of the battery pack 20, and a charging voltage is applied from the charging device 22.
  • the battery pack 20 charged by the charging device 22 can be used to operate an electronic device that runs on a battery by connecting the positive terminal 20a and negative terminal 20b to the electronic device.
  • the charge/discharge control circuit 26 includes two current control elements 23a, 23b connected in series to the current path between the battery stack 25 and the charging device 22, and a control unit 24 that controls the operation of these current control elements 23a, 23b.
  • the current control elements 23a, 23b are, for example, field effect transistors (hereinafter referred to as FETs), and the control unit 24 controls the gate voltage to control the conduction and cut-off of the current path of the battery stack 25 in the charging and/or discharging directions.
  • FETs field effect transistors
  • the control unit 24 operates by receiving power supply from the charging device 22, and controls the operation of the current control elements 23a, 23b to cut off the current path when the battery stack 25 is over-discharged or over-charged according to the detection result by the detection circuit 27.
  • the protective element 1 is connected, for example, on the charge/discharge current path between the battery stack 25 and the charge/discharge control circuit 26, and its operation is controlled by the current control element 28.
  • the detection circuit 27 is connected to each of the battery cells 21a to 21d, detects the voltage value of each of the battery cells 21a to 21d, and supplies each voltage value to the control unit 24 of the charge/discharge control circuit 26.
  • the detection circuit 27 also outputs a control signal that controls the current control element 28 when any one of the battery cells 21a to 21d reaches an overcharge voltage or an overdischarge voltage.
  • Current control element 28 is composed of, for example, a FET, and when the detection signal output from detection circuit 27 indicates that the voltage value of battery cells 21a-21d exceeds a predetermined over-discharge or over-charge state, it activates protection element 1 and controls the charge/discharge current path of battery stack 25 to be cut off regardless of the switch operation of current control elements 23a and 23b.
  • the protective element 1 to which the present invention is applied which is used in the battery pack 20 configured as described above, has a circuit configuration as shown in FIG. 6. That is, the first external connection electrode 15 of the protective element 1 is connected to the battery stack 25 side, and the second external connection electrode 16 is connected to the positive terminal 20a side, so that the fuse element 3 is connected in series to the charge/discharge path of the battery stack 25.
  • the heating element 4 of the protective element 1 is connected to the current control element 28 via the first heating element electrode 8 and the third external connection electrode 10, and the heating element 4 is connected to the battery stack 25.
  • one end of the heating element 4 is connected to the fuse element 3 and one end of the battery stack 25 via the intermediate electrode 6, and the other end is connected to the current control element 28 and the other end of the battery stack 25 via the third external connection electrode 10.
  • This forms a power supply path to the heating element 4, the current of which can be controlled by the current control element 28.
  • the detection circuit 27 detects an abnormal voltage in any of the battery cells 21a to 21d, it outputs a cutoff signal to the current control element 28. Then, the current control element 28 controls the current to pass through the heating element 4. In the protection element 1, a current flows from the battery stack 25 to the heating element 4, which causes the heating element 4 to start generating heat. In the protection element 1, the fuse element 3 melts due to the heat generated by the heating element 4, and the charge/discharge path of the battery stack 25 is cut off.
  • the fuse element 3 is formed to contain a high melting point metal and a low melting point metal, so that the low melting point metal melts before the high melting point metal melts, and the molten low melting point metal corrodes the high melting point metal, thereby melting the fuse element 3 in a short time.
  • the power supply path to the heating element 4 is also cut off, so that the heating element 4 stops generating heat.
  • the protective element 1 melts due to heat generated by the passage of current through the heating element 4, or due to self-heating of the fuse element 3 caused by an overcurrent.
  • the protective element 1 has a structure in which a low melting point metal is covered with a high melting point metal, so that deformation of the fuse element 3 can be suppressed even when the protective element 1 is reflow mounted on a circuit board, or when the circuit board on which the protective element 1 is mounted is further exposed to a high temperature environment such as reflow heating. Therefore, fluctuations in the fusing characteristics due to fluctuations in resistance value caused by deformation of the fuse element 3 are prevented, and the fuse element 3 can be melted quickly by a specified overcurrent or heat generated by the heating element 4.
  • the protective element 1 according to the present invention can of course be used not only in battery packs for lithium-ion secondary batteries, but also in a variety of other applications that require the interruption of a current path by an electrical signal.
  • the protection element may independently form a power supply path to the heating element 4 and a current path to the fuse element 3.
  • the intermediate electrode 6 and the second heating element electrode 9 are not connected.
  • the second heating element electrode 9 is connected to the fourth external connection electrode 41 formed on the rear surface 2b of the insulating substrate 2 via a castellation.
  • the third external connection electrode 10 and the fourth external connection electrode 41 are connected to connection electrodes provided on an external circuit board on which the protection element 40 is mounted, so that the heating element 4 is connected to an external power source provided in an external circuit.
  • the other configurations are the same as those of the protection element 1.
  • FIG. 8 is a diagram showing the circuit configuration of the protective element 40.
  • the first external connection electrode 15 is connected to the battery stack 25 side
  • the second external connection electrode 16 is connected to the positive terminal 20a side, so that the fuse element 3 is connected in series to the charge/discharge path of the battery stack 25.
  • the heating element 4 is connected to the current control element 28 via the first heating element electrode 8 and the third external connection electrode 10, and is also connected to the battery stack 25.
  • the heating element 4 is also connected to a ground (not shown) via the second heating element electrode 9 and the fourth external connection electrode 41. This forms a power supply path to the heating element 4, the current of which can be controlled by the current control element 28.
  • the detection circuit 27 and the current control element 28 detect this and stop the current supply to the heating element 4.
  • FIG. 9 shows a protective element 50 according to the modified example, in which (A) is a plan view showing the protective element 50 without the cap member, (B) is a cross-sectional view taken along line A-A in (A), (C) is a cross-sectional view taken along line B-B in (A), and (D) is a bottom view.
  • the heating element 4 As shown in Figures 9(A) to (D), in the protective element 50 according to the second modification, the heating element 4, first and second extraction electrodes 17, 18, and the insulating layer 5 covering these are formed on the back surface 2b opposite to the front surface 2a of the insulating substrate 2.
  • the first and second heating element electrodes 8, 9, and the first and second external connection electrodes 15, 16 are formed on the back surface 2b of the insulating substrate 2.
  • first and second electrodes 11, 12, and an intermediate electrode 6 are formed on the surface 2a of the insulating substrate 2, and the fuse element 3 is mounted on each of these electrodes 11, 12, and 6.
  • the first and second electrodes 11, 12 and intermediate electrode 6 provided on the front surface 2a of the insulating substrate 2, the heating element 4, the first and second extraction electrodes 17, 18, the first and second heating element electrodes 8, 9, and the first and second external connection electrodes 15, 16 provided on the back surface 2b of the insulating substrate 2 can be formed by the same process as that for the protective element 1 described above.
  • the second heating element electrode 9 and the intermediate electrode 6 are electrically connected by castellations formed on the side of the insulating substrate 2, conductive through-holes penetrating the insulating substrate 2, etc.
  • the intermediate electrode 6 is electrically and thermally connected to the heating element 4 via the second heating element electrode 9.
  • the heating element 4 heats the intermediate electrode 6 via the insulating substrate 2, and the heat of the heating element 4 is transferred to the intermediate electrode 6 via the second heating element electrode 9 and the castellations, which have excellent thermal conductivity, thereby heating and melting the fuse element 3 (FIGS. 10(A)(B)).
  • the first and second heating element electrodes 8 and 9 also serve as external connection electrodes that are connected to electrodes on an external circuit board, so the third external connection electrode 10 provided on the protective element 1 and the fourth external connection electrode 41 provided on the protective element 40 are not provided.
  • the intermediate electrode 6 has a length equal to or greater than that of the heating element 4 in a direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element 3 in a plan view, and its tip protrudes beyond the heating element 4.
  • the flux 7 is applied beyond the fuse element 3 in a direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element 3, to at least the same position as the heating element 4.
  • the application area of the flux 7 is in the same position as the heating element 4 in a plan view, and oxidation of the fuse element 3 can be prevented without excessively increasing the amount of flux. Therefore, in the protective element 50, the flux 7 is efficiently activated in the range where it melts the fuse element 3 by the heat generated by the heating element 4, while suppressing excessive heat absorption by the flux 7. This makes it possible to prevent oxidation of the fuse element 3, and even if the cross-sectional area of the fuse element 3 is increased, the fuse element 3 can be reliably melted without extending the melting time. Furthermore, by quickly melting the fuse element 3, damage to the intermediate electrode 6 and the heating element 4 itself can be prevented, and heat generation cut-off operation can be stabilized.
  • the intermediate electrode 6 and the second heating element electrode 9 may be disconnected, so that the power supply path to the heating element 4 and the current path of the fuse element 3 are formed independently.
  • the protective element samples according to the examples and comparative examples have the same configuration as the protective element 1 described above, except for the flux application area and the protrusions provided on the cap member.
  • a predetermined amount of flux was applied to a predetermined area using a mask having openings corresponding to the flux application area of the protective elements according to the examples and comparative examples.
  • Example 1 in the protective element according to Example 1, flux was applied up to the same position as the heating element 4 in the current flow direction of the fuse element 3 and in a direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element 3.
  • three cylindrical protrusions were arranged in parallel on the top surface of the cap member along the width direction (melting direction) perpendicular to the current flow direction of the fuse element to hold the flux.
  • the opening area of the mask used to apply the flux in Example 1 was 54% larger than the opening area of the mask according to Comparative Example 1. That is, Example 1 has a flux application area 54% larger than that of Comparative Example 1.
  • Example 2 in the protective element of Example 2, flux was applied up to the same position as the heating element 4 in the current flow direction of the fuse element 3 and in the direction perpendicular to the current flow direction of the fuse element 3.
  • an elliptical cylindrical protrusion with its major axis in the width direction (melting direction) perpendicular to the current flow direction of the fuse element was formed on the top surface of the cap member to hold the flux.
  • the application area of the flux was the same as in Example 1.
  • Example 3 in the protective element according to Example 3, flux was applied up to the same position as the heating element 4 in the current-carrying direction of the fuse element 3 and in the direction perpendicular to the current-carrying direction of the fuse element 3.
  • a cap member having no protrusions on its top surface was used.
  • the area of the flux application was the same as in Example 1.
  • the average melting time (seconds), minimum and maximum melting times (seconds), and rate of uncut occurrence (%) were determined for the protective elements of the examples and comparative examples.
  • the number of samples n for both the examples and comparative examples was 192.
  • the rate of uncut occurrence (%) refers to the rate of occurrence of samples in which the fuse element does not melt even after a specified time has passed, and occurs when the fuse element or intermediate electrode is oxidized, inhibiting melting and making it impossible to melt.
  • Examples 1 to 3 had more favorable results than Comparative Example 1 in terms of average melting time (seconds), minimum and maximum melting time (seconds), and rate of uncut occurrence (%). This is because in each Example, flux is applied beyond the fuse element and at least up to the same position as the heating element, preventing oxidation of the fuse element and intermediate electrode in the width direction (melting direction) perpendicular to the current flow direction of the fuse element and improving the wettability of the intermediate electrode, which promotes melting of the fuse element and wets and spreads the molten conductor of the fuse element, resulting in quick and reliable melting.
  • Comparative Example 1 the flux application area remained on the fuse element, which resulted in insufficient prevention of oxidation of the fuse element and intermediate electrode, resulting in a longer melting time than in the working example and the occurrence of uncut samples.

Landscapes

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Abstract

ヒューズエレメントの断面積の大型化によっても、速やかに且つ確実に溶断できる保護素子を提供する。　保護素子１は、絶縁基板２と、絶縁基板２の表面２ａ側に設けられた発熱体４と、発熱体４を覆う絶縁層５と、絶縁層５上に設けられた中間電極６と、中間電極６に接続されたヒューズエレメント３と、ヒューズエレメント３上に設けられたフラックス７を有し、中間電極６は、ヒューズエレメント３の通電方向と直交する方向において、発熱体４と同等以上の長さを有し、且つ先端部が発熱体４より張り出し、フラックス７は、ヒューズエレメント３の通電方向と直交する方向において、ヒューズエレメント３を超えて、少なくとも発熱体４と同位置まで塗布されている。

Description

保護素子及び保護素子の製造方法
　本技術は、電流経路上に実装され、発熱体による加熱でヒューズエレメントを溶断し当該電流経路を遮断する保護素子に関する。本出願は、日本国において２０２２年９月２８日に出願された日本特許出願番号特願２０２２－１５５５８４を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照されることにより、本出願に援用される。
　リチウムイオン二次電池は、高出力・高エネルギー密度を有する電池であり、ノートパソコン、携帯電話、スマートフォンなどの小型モバイル機器において使われており、近年では電動工具、電動自転車、電動バイク、電気自動車、及び家庭用蓄電池等の大容量で大電流や高電圧が必要な機器での採用が進んでいる。
　しかし、この電池は有機溶剤を使用しており、本体温度や出入力電流、充電電圧などの使用範囲を超えた場合に発火、発煙をする危険性があるため、電子回路を用いた保護回路と保護素子が組み込まれることが一般的である。保護回路には保護素子として、電気的にＯＮとＯＦＦを行うＦＥＴ、温度を感知するサーミスタ、物理的に回路を切断するヒューズが用いられるが、ヒューズには発熱体付きのヒューズが使用されることが多い。
　発熱体付きヒューズからなる保護素子は、一般的な電流ヒューズのように過電流で切断する機能の他に、電子回路が異常を感知した際に発熱体を発熱させることにより、ヒューズエレメントを溶かして切断することができる。この保護素子は、過電流のみで切れる一般的な電流ヒューズに比べて、異常時に素早く切れること、また電池特性、使用条件等を考慮した安全マージンを回路的に簡易に設定でき、意図するタイミングでヒューズエレメントを溶かして切断することが可能であるといった利点がある。
　図１５は、表面実装タイプの保護素子の一構成例を示す図であり、（Ａ）はキャップ部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は底面図である。図１５に示す保護素子１００は、絶縁基板１０１と、絶縁基板１０１の表面上に形成された第１、第２の電極１０２、１０３と、絶縁基板１０１の表面に形成された発熱体１０４と、発熱体１０４を被覆する絶縁層１０５と、絶縁層１０５上に積層されるとともに発熱体１０４と接続された中間電極１０６と、第１の電極１０２、中間電極１０６、及び第２の電極１０３にわたってスズベースの各種ソルダーペーストからなる接続材料１１０を介して搭載される可溶導体であるヒューズエレメント１０７と、ヒューズエレメント１０７上に塗布されたフラックス１１１とを備える。
　第１、第２の電極１０２，１０３は、保護素子１００が接続される外部回路の電流経路上に接続される端子部であり、それぞれ絶縁基板１０１の裏面に形成された第１、第２の外部接続電極１０２ａ，１０３ａとキャスタレーションを介して接続されている。保護素子１００は、第１、第２の外部接続電極１０２ａ，１０３ａが、保護素子１００が実装される外部回路基板に設けられた接続電極に接続されることにより、ヒューズエレメント１０７が外部回路基板上に形成された電流経路の一部に組み込まれる。
　発熱体１０４は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、例えばニクロム、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ等又はこれらを含む材料からなる。また、発熱体１０４は、絶縁基板１０１の表面上に形成された発熱体電極１０８と接続されている。発熱体電極１０８は、絶縁基板１０１の裏面に形成された第３の外部接続電極１０８ａとキャスタレーションを介して接続されている。保護素子１００は、第３の外部接続電極１０８ａが、保護素子１００が実装される外部回路基板に設けられた接続電極に接続されることにより、発熱体１０４が外部回路に設けられた外部電源と接続されている。そして、発熱体１０４は、図示しないスイッチ素子等により常時、通電が制御されている。
　発熱体１０４は、ガラス層等からなる絶縁層１０５によって被覆されるとともに、絶縁層１０５上に中間電極１０６が形成されることにより、絶縁層１０５を介して中間電極１０６と重畳されている。また、中間電極１０６上には第１、第２の電極１０２，１０３間にわたって接続されたヒューズエレメント１０７が接続材料１１０を介して接続されている。
　これにより、保護素子１００は、発熱体１０４とヒューズエレメント１０７が重畳されることにより熱的に接続され、発熱体１０４が通電によって発熱するとヒューズエレメント１０７を溶断することができる。
　ヒューズエレメント１０７は、第１の電極１０２から中間電極１０６を経て第２の電極１０３にかけて接続されることにより、保護素子１００が組み込まれた外部回路の電流経路の一部を構成する。そして、ヒューズエレメント１０７は、定格を超える電流が通電することによって自己発熱（ジュール熱）により溶断する。あるいは、ヒューズエレメント１０７は、発熱体１０４の発熱により溶融し、その溶融導体が、第１、第２の電極１０２，１０３及び中間電極１０６上に凝集することにより溶断する。これにより、第１、第２の電極１０２，１０３間が遮断される。
特許第５０７２７９６号公報 特許第５８７６３４６号公報
　近年、リチウムイオン二次電池が搭載されるアプリケーションの拡大に伴い、大容量且つ大電流や高電圧の機器での採用も始まっている。このため、保護素子も同様に高定格化や高電圧化が求められている。定格電流を上げるために、ヒューズエレメント自体の抵抗値を下げる方法としては、ヒューズエレメントの断面積を大きくすることが一般的である。
　しかし、ヒューズエレメントの断面積を大きくすることでヒューズの抵抗値は下げられるが、発熱体の加熱によるヒューズエレメントの溶断動作に影響がでる。すなわち、発熱体の加熱によるヒューズエレメントの溶断動作では、溶けたヒューズエレメントが中間電極上に濡れ広がり、凝集することでヒューズエレメントが溶断する。しかし、ヒューズエレメントの断面積を大きくすると、発熱体の加熱により溶融するまの時間が延びてしまい、ヒューズエレメントや中間電極が酸化して溶断しない不具合が発生する。
　この対策として、ヒューズエレメントの酸化を防止するフラックスの塗布量を増やすと、フラックスによる熱の吸収も大きくなり、溶断に必要な温度まで上昇するのに要する時間が延びてしまい、中間電極が過熱によって酸化して溶融したヒューズエレメントを収容しきれずに、ヒューズエレメントが溶断しない恐れも生じる。
　また、フラックスの塗布量を過度に制限すると、発熱体の中心から離れた部位ではフラックスが塗布されず、ヒューズエレメントや中間電極が酸化して、所望の時間内に溶断しない恐れも生じる。
　そこで、本技術は、フラックスを適切に塗布することにより、ヒューズエレメントの断面積の大型化によっても、速やかに且つ確実に溶断することができる保護素子を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決するために、本技術に係る保護素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板の表面側に設けられた発熱体と、上記発熱体を覆う絶縁層と、上記絶縁層上に設けられた中間電極と、上記中間電極に接続されたヒューズエレメントと、上記ヒューズエレメント上に設けられたフラックスを有し、上記中間電極は、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向において、上記発熱体と同等以上の長さを有し、且つ先端部が上記発熱体より張り出し、上記フラックスは、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向において、上記ヒューズエレメントを超えて、少なくとも上記発熱体と同位置まで塗布されているものである。
　また、本技術に係る保護素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板の表面側に設けられた中間電極と、上記中間電極に接続されたヒューズエレメントと、上記ヒューズエレメント上に設けられたフラックスと、上記絶縁基板の表面と反対の裏面側に設けられた発熱体と、上記発熱体を覆う絶縁層とを有し、上記中間電極は、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向において、上記発熱体と同等以上の長さを有し、且つ先端部が上記発熱体より張り出し、上記フラックスは、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向において、上記ヒューズエレメントを超えて、少なくとも上記発熱体と同位置まで塗布されているものである。
　また、本技術に係る保護素子の製造方法は、絶縁基板と、上記絶縁基板の表面側に設けられた発熱体と、上記発熱体を覆う絶縁層と、上記絶縁層上に設けられた中間電極を有し、上記中間電極にヒューズエレメントが接続された接続体を形成する工程と、上記ヒューズエレメント上に、塗布領域に応じた開口部を有するマスクを介してフラックスを塗布する工程と、上記絶縁基板の上記ヒューズエレメントが搭載された表面にキャップ部材を接続して基板表面を被覆する工程を有し、上記中間電極は、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向において、上記発熱体と同等以上の長さを有し、且つ先端部が上記発熱体より張り出し、上記フラックスは、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向において、上記ヒューズエレメントを超えて、少なくとも上記発熱体と同位置まで塗布されているものである。
　また、本技術に係る保護素子の製造方法は、絶縁基板と、上記絶縁基板の表面側に設けられた中間電極と、上記絶縁基板の表面と反対の裏面側に設けられた発熱体と、上記発熱体を覆う絶縁層とを有し、上記中間電極にヒューズエレメントが接続された接続体を形成する工程と、上記ヒューズエレメント上に、塗布領域に応じた開口部を有するマスクを介してフラックスを塗布する工程と、上記絶縁基板の上記ヒューズエレメントが搭載された表面にキャップ部材を接続して基板表面を被覆する工程を有し、上記中間電極は、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向において、上記発熱体と同等以上の長さを有し、且つ先端部が上記発熱体より張り出し、上記フラックスは、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向において、上記ヒューズエレメントを超えて、少なくとも上記発熱体と同位置まで塗布されているものである。
　本技術によれば、ヒューズエレメントの断面積の大型化によっても、速やかに且つ確実に溶断することができる保護素子を提供することができる。
図１は、絶縁基板表面に発熱体を設けた保護素子の一構成例を示す図であり、（Ａ）はキャップ部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）はＡ－Ａ断面図であり、（Ｃ）はＢ－Ｂ断面図である。 図２は、図１に示す保護素子において、ヒューズエレメントが溶断した状態を示す図であり、（Ａ）はキャップ部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）はＢ－Ｂ断面図である。 図３は、可溶導体の断面図である。 図４は、保護素子の製造工程を示す断面図であり、（Ａ）はフラックスを塗布する工程を示し、（Ｂ）はフラックスが塗布された接続体を示し、（Ｃ）は保護素子を示す。 図５は、バッテリパックの構成例を示す回路図である。 図６は、保護素子の回路図である。 図７は、変形例に係る保護素子を示す図であり、（Ａ）はキャップ部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）はＡ－Ａ断面図である。 図８は、変形例に係る保護素子の回路図である。 図９は、絶縁基板裏面に発熱体を設けた保護素子の一構成例を示す図であり、（Ａ）はキャップ部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）はＡ－Ａ断面図であり、（Ｃ）はＢ－Ｂ断面図であり、（Ｄ）は底面図である。 図１０は、図９に示す保護素子において、ヒューズエレメントが溶断した状態をキャップ部材を省略して示す平面図である。 図１１は、比較例に係る保護素子を示す図であり、（Ａ）はキャップ部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）はＡ－Ａ断面図である。 図１２は、実施例１に係る保護素子を示す図であり、（Ａ）はキャップ部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）はＡ－Ａ断面図である。 図１３は、実施例２に係る保護素子を示す図であり、（Ａ）はキャップ部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）はＡ－Ａ断面図である。 図１４は、実施例３に係る保護素子を示す図であり、（Ａ）はキャップ部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）はＡ－Ａ断面図である。 図１５は、表面実装タイプの保護素子の一構成例を示す図であり、（Ａ）はキャップ部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は底面図である。
　以下、本技術が適用された保護素子及び保護素子の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本技術は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
　本技術が適用された保護素子１は、図１（Ａ）～（Ｃ）に示すように、絶縁基板２と、絶縁基板２の表面２ａ側に設けられた発熱体４と、発熱体４を覆う絶縁層５と、絶縁層５上に設けられた中間電極６と、中間電極６に接続されたヒューズエレメント３と、ヒューズエレメント３上に設けられたフラックス７を有する。
　中間電極６は、ヒューズエレメント３の通電方向と直交する方向において、発熱体４と同等以上の長さを有し、且つ先端部が発熱体４より張り出している。フラックス７は、ヒューズエレメント３の通電方向と直交する方向において、ヒューズエレメント３を超えて、少なくとも発熱体４と同位置まで塗布されている。
　これにより、保護素子１は、フラックス７の塗布領域が、平面視において発熱体４と同位置とされ、過度にフラックス量を増やすことなく、ヒューズエレメント３及び中間電極６の酸化を防止することができる。したがって、保護素子１は、発熱体４の発熱により、フラックス７による過度な吸熱を抑えつつ、フラックス７がヒューズエレメント３を溶融させる範囲において効率的に活性化される。このため、ヒューズエレメント３の酸化を防止して溶融を促進するとともに、中間電極６の酸化を防止して濡れ性を維持できる。したがってヒューズエレメント３の断面積が大型化した場合でも、溶断時間が延びることなく、且つ確実にヒューズエレメント３を溶断することができる。また、ヒューズエレメント３が速やかに溶断することで、中間電極６や発熱体４自体の損傷を防止でき、発熱遮断動作を安定化させることができる。
　このような保護素子１は、リチウムイオン二次電池の保護回路等の外部回路に組み込まれることにより、ヒューズエレメント３が当該外部回路の電流経路の一部を構成し、発熱体４の発熱、あるいは定格を超える過電流によって溶断することにより電流経路を遮断する（図２参照）。以下、保護素子１の各構成について詳細に説明する。
　［絶縁基板］
　絶縁基板２は、例えばアルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって形成される。その他、絶縁基板２は、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよい。なお、本明細書では、絶縁基板２のヒューズエレメント３が搭載される面を表面２ａとし、ヒューズエレメント３が搭載される面と反対側の面を裏面２ｂとする。
　［第１、第２の電極］
　絶縁基板２の表面２ａの相対向する両端部には、第１の電極１１及び第２の電極１２が形成されている。第１の電極１１及び第２の電極１２は、それぞれ、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらの合金等の導電パターンによって形成されている。第１の電極１１及び第２の電極１２は、例えばＡｇペーストをスクリーン印刷により所定のパターンで印刷した後、所定の温度で焼成することにより形成することができる。
　第１の電極１１は、絶縁基板２の表面２ａより、キャスタレーションを介して裏面２ｂに形成された第１の外部接続電極１５と連続されている。また、第２の電極１２は、絶縁基板２の表面２ａより、キャスタレーションを介して裏面２ｂに形成された第２の外部接続電極１６と連続されている。表面実装タイプの保護素子１においては、保護素子１が外部回路基板に実装されると、第１、第２の外部接続電極１５，１６が、当該外部回路基板に設けられた接続電極に接続されることにより、ヒューズエレメント３が当該外部回路基板上に形成された電流経路の一部に組み込まれる。
　第１、第２の電極１１，１２は、スズベースの各種ソルダーペーストその他の導電接続材料を介してヒューズエレメント３が搭載されることにより、ヒューズエレメント３を介して電気的に接続されている。また、図２に示すように、第１、第２の電極１１，１２は、発熱体４が通電に伴って発熱しヒューズエレメント３が溶断することにより、あるいは保護素子１に定格を超える大電流が流れヒューズエレメント３が自己発熱（ジュール熱）によって溶断し、接続遮断される。
　［発熱体］
　発熱体４は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、例えばニクロム、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ等又はこれらを含む材料からなる。発熱体４は、これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板２上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成することができる。一例として、発熱体４は、酸化ルテニウム系ペーストと銀とガラスペーストの混合ペーストを所定の電圧に応じて調整し、絶縁基板２の表面２ａの所定の位置に所定の面積で製膜し、その後、適正条件にて焼成処理を行うことにより形成することができる。また、発熱体４の形状は適宜設計できるが、図１に示すように、絶縁基板２の形状に応じて略矩形状とすることが発熱面積を最大化するうえで好ましい。
　また、発熱体４は、一端部４ａが第１の引出電極１７と接続され、他端部４ｂが第２の引出電極１８と接続されている。第１の引出電極１７は、絶縁基板２の表面２ａの一側縁に形成された第１の発熱体電極８から引き出されている。第２の引出電極１８は、絶縁基板２の表面２ａの他側縁に形成された第２の発熱体電極９から引き出されている。第１の引出電極１７は、第１の発熱体電極８から発熱体４の一端部４ａに沿って引き出され、図１に示す保護素子１では、略矩形状に形成された発熱体４の一側縁に沿って延在されるとともに、当該発熱体４の一側縁が重畳されている。同様に、第２の引出電極１８は、第２の発熱体電極９から発熱体４の他端部４ｂに沿って引き出され、図１に示す保護素子１では、略矩形状に形成された発熱体４の他側縁に沿って延在されるとともに、当該発熱体４の他側縁が重畳されている。
　［絶縁層］
　また、発熱体４、第１の引出電極１７及び第２の引出電極１８は、絶縁層５に被覆されている。また、絶縁層５上には中間電極６が形成されている。
　絶縁層５は、発熱体４の保護及び絶縁を図るものである。絶縁層５は発熱体４の熱を効率よく中間電極６やヒューズエレメント３へ伝えるために、厚みが例えば１０～４０μｍと薄く形成されている。絶縁層５は、例えばガラス系のペーストを塗布、焼成することにより形成することができる。
　第１の発熱体電極８及び第２の発熱体電極９は、絶縁基板２の第１、第２の電極１１，１２が設けられた側縁と異なる相対向する側縁に形成されている。第１の発熱体電極８は、発熱体４への給電端子となる電極であり、第１の引出電極１７を介して発熱体４の一端部４ａと接続されるとともに、キャスタレーションを介して絶縁基板２の裏面２ｂに形成された第３の外部接続電極１０と連続されている。第２の発熱体電極９は、第２の引出電極１８を介して発熱体４の他端部４ｂと接続されるとともに、中間電極６と接続されている。
　第１、第２の発熱体電極８，９、第１、第２の引出電極１７，１８、及び中間電極６は、第１、第２の電極１１，１２と同様に、ＡｇやＣｕ等の導電ペーストを印刷、焼成することによって形成することができる。また、絶縁基板２の表面２ａ上に形成されるこれら各電極を同一の材料により構成することで、一又は複数の印刷工程及び焼成工程で形成することができる。
　なお、第１の発熱体電極８は、第３の外部接続電極１０と接続される外部回路基板の電極に設けられた接続用ハンダがリフロー実装等において溶融し、キャスタレーションを介して第１の発熱体電極８上に這い上がり、第１の発熱体電極８上に濡れ拡がることを防止する規制壁（図示せず）を設けてもよい。第１、第２の電極１１，１２も同様に、規制壁を設けてもよい。規制壁は、例えばガラスやソルダーレジスト、絶縁性接着剤等ハンダに対する濡れ性を有しない絶縁材料を用いて形成することができ、第１の発熱体電極８上や第１、第２の電極１１，１２上に印刷等により形成することができる。規制壁を設けることにより、溶融した接続用ハンダが第１の発熱体電極８や第１、第２の電極１１，１２まで濡れ広がることを防止し、保護素子１と外部回路基板との接続性を維持することができる。
　中間電極６は、第２の発熱体電極９から絶縁層５上にわたって設けられる電極である。中間電極６は、一端側が第２の発熱体電極９及び第２の引出電極１８を介して発熱体４の他端部４ｂと接続されている。また、中間電極６は、他端側が第１の電極１１と第２の電極１２の間の領域において絶縁層５上に延在され、絶縁層５を介して発熱体４に重畳されている。そして、中間電極６は、接続用ハンダ等の接合材料を介して、ヒューズエレメント３が接続されている。
　ヒューズエレメント３は、第１及び第２の電極１１，１２間にわたって実装され、発熱体４の通電による発熱、又は定格を超える電流が通電することによって自己発熱（ジュール熱）により溶断し、第１の電極１１と第２の電極１２との間の電流経路を遮断するものである。ヒューズエレメント３には、酸化を防止し、濡れ性を向上させて、速溶断を図る目的で、フラックス７が塗布されている。ヒューズエレメント３の構成については、後に詳述する。
　なお、第１、第２の電極１１，１２及び中間電極６の表面上には、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜が、メッキ処理等の公知の手法によりコーティングされていることが好ましい。これにより、保護素子１は、第１、第２の電極１１，１２及び中間電極６の酸化を防止し、導通抵抗の上昇に伴う定格の変動を防止することができる。また、保護素子１をリフロー実装する場合に、ヒューズエレメント３を接続する接続用ハンダが溶融することにより第１、第２の電極１１，１２及び中間電極６を溶食（ハンダ食われ）するのを防ぐことができる。
　［フラックス］
　ここで、本技術に係る中間電極６は、平面視において、ヒューズエレメント３の通電方向と直交する方向に発熱体４と同等以上の長さを有し、且つ絶縁層５上に延在する先端部が発熱体４よりもヒューズエレメント３の通電方向と直交する方向に張り出している。そして、フラックス７は、ヒューズエレメント３の通電方向と直交する方向において、ヒューズエレメント３を超えて、少なくとも発熱体４と同位置まで塗布されている。
　ヒューズエレメント３の通電方向と直交する方向は、ヒューズエレメント３の溶断方向であり、ヒューズエレメント３は、当該方向にわたって溶断することにより第１、第２の電極１１，１２間の電流経路を遮断することができる。そして、当該方向においてヒューズエレメント３を超えて、少なくとも発熱体４と同位置までフラックス７が塗布されることにより、保護素子１は、フラックス７の塗布領域が、平面視において発熱体４と同位置とされ、過度にフラックス量を増やすことなく、ヒューズエレメント３及び中間電極６の酸化を防止することができる。
　これにより、保護素子１は、発熱体４の発熱により、フラックス７による過度な吸熱を抑えつつ、フラックス７が電流経路を遮断するために必要な範囲においてヒューズエレメント３を溶融させ、且つ中間電極６の酸化を防止する。すなわち、保護素子１は、フラックス７の塗布領域を最適化することで、効率よくヒューズエレメント３の酸化を防止して溶融を促進するとともに、中間電極６の酸化を防止して濡れ性を維持できる。したがって、ヒューズエレメント３の断面積が大型化した場合でも、溶断時間が延びることなく、且つ確実にヒューズエレメント３を溶断することができる。また、ヒューズエレメント３が速やかに溶断することで、中間電極６や発熱体４自体の損傷を防止でき、発熱遮断動作を安定化させることができる。
　フラックス７は、塗布領域に応じた開口部を有するマスクを介して塗布することにより、所定の範囲に、所定量だけ塗布することができる。この塗布工法では、フラックス７の塗布領域に対応した開口部を有するメタルマスクやスクリーンマスク等のマスクを用意し、このマスクをフラックス７の塗布領域の周囲に配置して、スキージで押圧する。これにより、マスクの開口部領域にマスクの厚み分のフラックス７を印刷することができる。
　また、図１に示すように、フラックス７は、ヒューズエレメント３の通電方向において、少なくとも発熱体４と同位置まで塗布してもよい。すなわち、保護素子１は、フラックス７がヒューズエレメント３の通電方向及び通電方向と直交する方向において、発熱体４の形成位置まで塗布するようにしてもよい。これにより、フラックス７が塗布される範囲は、発熱体４と重畳する全域となり、より効率的に発熱体４の発熱によるヒューズエレメント３及び中間電極６の酸化を防止し、且つフラックス７の活性化によるヒューズエレメント３の溶融促進を図ることができる。また、フラックス７の塗布領域はヒューズエレメント３の面積よりも狭いため、過度にフラックス量を増やすことによる吸熱、及びこれによる溶断時間の遅延を防止することができる。
　また、フラックス７は、ヒューズエレメント３を超えて中間電極６及び／又は絶縁層５に亘って塗布してもよい。すなわち、平面視において発熱体４とヒューズエレメント３が重畳しない部位が有る場合でも、当該重畳しない領域を含め、フラックス７を発熱体４と重畳する全域に塗布してもよい。中間電極６にフラックス７が塗布されることにより、中間電極６の酸化を防止するとともに、ヒューズエレメント３の溶融導体３ａがより濡れやすくなり、溶断を促進することができる。また、図１に示すように、矩形状の発熱体４を形成した場合には、マスク３１の開口部３２も矩形状に形成することができ、フラックス７の印刷品質を向上することができる（図４参照）。
　また、保護素子１は、絶縁基板２のヒューズエレメント３が搭載された表面２ａを覆うキャップ部材１９が接着剤を介して取り付けられている。キャップ部材１９は、保護素子１の内部を保護するとともに、ヒューズエレメント３が溶断する際に発生する溶融物の飛散を防止するものである。キャップ部材１９の材料としては、各種エンジニアリングプラスチック、セラミックス等の絶縁性を有する材料を用いることができる。
　キャップ部材１９は、フラックス７を所定の位置に保持する突起１９ａが中間電極６と対向して立設するようにしてもよい。突起１９ａの高さは、先端がヒューズエレメント３の表面等に塗布されたフラックス７の表面に接するように決定される。突起１９ａを設けることにより、先端に接したフラックス７の表面張力によって、フラックス７が引き寄せられ所定の位置にフラックス７を保持することができ、特に低粘度のフラックス７を用いる場合等では、フラックス７の偏りを防止するうえで有利である。
　突起１９ａの形状は特に制限はなく、例えば、円筒状、円柱状等の柱状をなす。また、突起１９ａは、一又は複数設けられる。フラックス７と接する突起１９ａの表面は、滑らかであってもよく、梨地状でざらざらしていてもよい。
　突起１９ａは、配列パターンは特に制限はなく、例えばヒューズエレメント３の通電方向と直交する方向に沿って、複数立設することが好ましい。また、中間電極６の上方において、発熱体４の長手方向に沿って配列されることで、ヒューズエレメント３の通電方向と直交する方向において、ヒューズエレメント３を超えて、少なくとも発熱体４と同位置までフラックス７を保持することができる。なお、突起１９ａは、所定の間隔で一列に配列してもよく、複数列で配列してもよい。また、複数列で配列する場合も、突起１９ａを並列させてもよく、千鳥状に配列してもよい。
　［ヒューズエレメント］
　次いで、ヒューズエレメント３について説明する。ヒューズエレメント３は、第１及び第２の電極１１，１２間にわたって実装され、発熱体４の通電による発熱、又は定格を超える電流が通電することによって自己発熱（ジュール熱）により溶断し、第１の電極１１と第２の電極１２との間の電流経路を遮断するものである。
　ヒューズエレメント３は、発熱体４の通電による発熱、又は過電流状態によって溶融する導電性の材料であればよく、例えば、ＳｎＡｇＣｕ系のＰｂフリーハンダや、ＢｉＰｂＳｎ合金、ＢｉＰｂ合金、ＢｉＳｎ合金、ＳｎＰｂ合金、ＰｂＩｎ合金、ＺｎＡｌ合金、ＩｎＳｎ合金、ＰｂＡｇＳｎ合金等を用いることができる。
　また、ヒューズエレメント３は、高融点金属と、低融点金属とを含有する構造体であってもよい。例えば、図３に示すように、ヒューズエレメント３は、内層と外層とからなる積層構造体であり、内層として低融点金属層１３、低融点金属層１３に積層された外層として高融点金属層１４を有する。ヒューズエレメント３は、第１、第２の電極１１，１２及び中間電極６上に接続ハンダ等の導電接続材料を介して接続される。
　低融点金属層１３は、好ましくは、ハンダ又はＳｎを主成分とする金属であり、「Ｐｂフリーハンダ」と一般的に呼ばれる材料である。低融点金属層１３の融点は、必ずしもリフロー炉の温度よりも高い必要はなく、２００℃程度で溶融してもよい。高融点金属層１４は、低融点金属層１３の表面に積層された金属層であり、例えば、Ａｇ若しくはＣｕ又はこれらのうちのいずれかを主成分とする金属であり、第１、第２の電極１１，１２及び中間電極６とヒューズエレメント３との接続や保護素子１の外部回路基板上への実装をリフローによって行う場合においても溶融しない高い融点を有する。
　このようなヒューズエレメント３は、低融点金属箔に、高融点金属層をメッキ技術を用いて成膜することによって形成することができ、あるいは、他の周知の積層技術、膜形成技術を用いて形成することもできる。このとき、ヒューズエレメント３は、低融点金属層１３の全面が高融点金属層１４によって被覆された構造としてもよく、相対向する一対の側面を除き被覆された構造であってもよい。なお、ヒューズエレメント３は、高融点金属層１４を内層とし、低融点金属層１３を外層として構成してもよく、また低融点金属層１３と高融点金属層１４とが交互に積層された３層以上の多層構造とする、外層の一部に開口部を設けて内層の一部を露出させるなど、様々な構成によって形成することができる。
　ヒューズエレメント３は、内層となる低融点金属層１３に、外層として高融点金属層１４を積層することによって、リフロー温度が低融点金属層１３の溶融温度を超えた場合であっても、ヒューズエレメント３として形状を維持することができ、溶断するに至らない。したがって、第１、第２の電極１１，１２及び中間電極６とヒューズエレメント３との接続や保護素子１の外部回路基板上への実装を、リフローによって効率よく行うことができ、また、リフローによってもヒューズエレメント３の変形に伴って局所的に抵抗値が高く又は低くなる等により所定の温度で溶断しない、あるいは所定の温度未満で溶断する等の溶断特性の変動を防止することができる。
　また、ヒューズエレメント３は、所定の定格電流が流れている間は、自己発熱によっても溶断することがない。そして、定格よりも高い値の電流が流れると、自己発熱によって溶融し、第１、第２の電極１１，１２間の電流経路を遮断する。また、発熱体４が通電され発熱することにより溶融し、第１、第２の電極１１，１２間の電流経路を遮断する。
　このとき、ヒューズエレメント３は、溶融した低融点金属層１３が高融点金属層１４を溶食（ハンダ食われ）することにより、高融点金属層１４が溶融温度よりも低い温度で溶解する。したがって、ヒューズエレメント３は、低融点金属層１３による高融点金属層１４の浸食作用を利用して短時間で溶断することができる。また、ヒューズエレメント３の溶融導体３ａは、中間電極６及び第１、第２の電極１１，１２の物理的な引き込み作用により分断されることから、速やかに、かつ確実に、第１、第２の電極１１，１２間の電流経路を遮断することができる（図２）。
　また、ヒューズエレメント３は、低融点金属層１３の体積を、高融点金属層１４の体積よりも多く形成することが好ましい。ヒューズエレメント３は、過電流による自己発熱又は発熱体４の発熱によって加熱され、低融点金属が溶融することにより高融点金属を溶食し、これにより速やかに溶融、溶断することができる。したがって、ヒューズエレメント３は、低融点金属層１３の体積を高融点金属層１４の体積よりも多く形成することにより、この溶食作用を促進し、速やかに第１、第２の電極１１，１２間を遮断することができる。
　また、ヒューズエレメント３は、内層となる低融点金属層１３に高融点金属層１４が積層されて構成されているため、溶断温度を従来の高融点金属からなるチップヒューズ等よりも大幅に低減することができる。したがって、ヒューズエレメント３は、同一サイズのチップヒューズ等に比して、断面積を大きくでき電流定格を大幅に向上させることができる。また、同じ電流定格をもつ従来のチップヒューズよりも小型化、薄型化を図ることができ、速溶断性に優れる。
　また、ヒューズエレメント３は、保護素子１が組み込まれた電気系統に異常に高い電圧が瞬間的に印加されるサージへの耐性（耐パルス性）を向上することができる。すなわち、ヒューズエレメント３は、例えば１００Ａの電流が数ｍｓｅｃ流れたような場合にまで溶断してはならない。この点、極短時間に流れる大電流は導体の表層を流れることから（表皮効果）、ヒューズエレメント３は、外層として抵抗値の低いＡｇメッキ等の高融点金属層１４が設けられているため、サージによって印加された電流を流しやすく、自己発熱による溶断を防止することができる。したがって、ヒューズエレメント３は、従来のハンダ合金からなるヒューズに比して、大幅にサージに対する耐性を向上させることができる。
　［保護素子の製造工程］
　次いで、保護素子１の製造工程について説明する。図４は保護素子１の製造工程を示す断面図であり、（Ａ）はフラックスを塗布する工程を示し、（Ｂ）はフラックスが塗布された接続体３０を示し、（Ｃ）は保護素子１を示す。保護素子１の製造工程は、絶縁基板２と、絶縁基板２の表面２ａ側に設けられた発熱体４と、発熱体４を覆う絶縁層５と、絶縁層５上に設けられた中間電極６を有し、中間電極６にヒューズエレメント３が接続された接続体３０を形成する工程と、ヒューズエレメント３上に、塗布領域に対応した開口部を有するマスク３１を介してフラックス７を塗布する工程と、絶縁基板２のヒューズエレメント３が搭載された表面２ａにキャップ部材１９を接続して基板表面を被覆する工程を有する。
　上述したように、絶縁基板２の表面２ａ上には、第１、第２の電極１１，１２、第１、第２の発熱体電極８，９、第１、第２の引出電極１７，１８が、スクリーン印刷技術等を用いてＡｇやＣｕ等の導電ペーストを印刷、焼成することによって形成される。
　また、発熱体４は、ニクロム、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ等又はこれらを含む材料からなり、これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板２上にスクリーン印刷技術等を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成することができる。発熱体４、第１、第２の引出電極１７，１８上には、スクリーン印刷技術等を用いてガラス系のペースト等を塗布、焼成することにより絶縁層５が形成される。
　さらに、スクリーン印刷技術等を用いてＡｇやＣｕ等の導電ペーストを印刷、焼成することによって、第２の発熱体電極９から絶縁層５上にかけて中間電極６が形成される。第１、第２の電極１１，１２、及び中間電極６は、接続ハンダ等の導電接続材料が印刷され、ヒューズエレメント３が搭載された後、リフロー工程に付される。これにより、ヒューズエレメント３が接続された接続体３０を得る。
　次いで、ヒューズエレメント３上に、塗布領域に対応した開口部３２を有するマスク３１（メタルマスクやスクリーンマスク等）を介してフラックス７を塗布する。この塗布工程では、図４（Ａ）に示すように、スクリーン印刷工法においては、フラックス７の印刷部周囲に、印刷部に対応した開口部３２を有するマスク３１を配置させ、マスク３１表面上をスキージ３３が摺動することにより、開口部３２に応じた位置及び面積で、マスク３１の厚み分のフラックス７を塗布することができる。
　次いで、絶縁基板２のヒューズエレメント３が搭載された表面２ａにキャップ部材１９を接続して基板表面を被覆し、保護素子１を得る。このとき、キャップ部材１９に突起１９ａを設けることにより、突起１９ａの先端に接したフラックス７の表面張力によって、フラックス７が引き寄せられ所定の位置にフラックス７を保持することができる。
　［回路構成例］
　このような保護素子１は、例えばリチウムイオン二次電池のバッテリパック２０内の回路に組み込まれて用いられる。図５に示すように、バッテリパック２０は、例えば、合計４個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル２１ａ～２１ｄからなるバッテリスタック２５を有する。
　バッテリパック２０は、バッテリスタック２５と、バッテリスタック２５の充放電を制御する充放電制御回路２６と、バッテリスタック２５の異常時に充放電経路を遮断する本発明が適用された保護素子１と、各バッテリセル２１ａ～２１ｄの電圧を検出する検出回路２７と、検出回路２７の検出結果に応じて保護素子１の動作を制御するスイッチ素子となる電流制御素子２８とを備える。
　バッテリスタック２５は、過充電及び過放電状態から保護するための制御を要するバッテリセル２１ａ～２１ｄが直列接続されたものであり、バッテリパック２０の正極端子２０ａ、負極端子２０ｂを介して、着脱可能に充電装置２２に接続され、充電装置２２からの充電電圧が印加される。充電装置２２により充電されたバッテリパック２０は、正極端子２０ａ、負極端子２０ｂをバッテリで動作する電子機器に接続することによって、この電子機器を動作させることができる。
　充放電制御回路２６は、バッテリスタック２５と充電装置２２との間の電流経路に直列接続された２つの電流制御素子２３ａ、２３ｂと、これらの電流制御素子２３ａ、２３ｂの動作を制御する制御部２４とを備える。電流制御素子２３ａ、２３ｂは、たとえば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという。）により構成され、制御部２４によりゲート電圧を制御することによって、バッテリスタック２５の電流経路の充電方向及び／又は放電方向への導通と遮断とを制御する。制御部２４は、充電装置２２から電力供給を受けて動作し、検出回路２７による検出結果に応じて、バッテリスタック２５が過放電又は過充電であるとき、電流経路を遮断するように、電流制御素子２３ａ、２３ｂの動作を制御する。
　保護素子１は、例えば、バッテリスタック２５と充放電制御回路２６との間の充放電電流経路上に接続され、その動作が電流制御素子２８によって制御される。
　検出回路２７は、各バッテリセル２１ａ～２１ｄと接続され、各バッテリセル２１ａ～２１ｄの電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路２６の制御部２４に供給する。また、検出回路２７は、バッテリセル２１ａ～２１ｄのいずれか１つが過充電電圧又は過放電電圧になったときに電流制御素子２８を制御する制御信号を出力する。
　電流制御素子２８は、たとえばＦＥＴにより構成され、検出回路２７から出力される検出信号によって、バッテリセル２１ａ～２１ｄの電圧値が所定の過放電又は過充電状態を超える電圧になったとき、保護素子１を動作させて、バッテリスタック２５の充放電電流経路を電流制御素子２３ａ、２３ｂのスイッチ動作によらず遮断するように制御する。
　以上のような構成からなるバッテリパック２０に用いられる、本発明が適用された保護素子１は、図６に示すような回路構成を有する。すなわち、保護素子１は、第１の外部接続電極１５がバッテリスタック２５側と接続され、第２の外部接続電極１６が正極端子２０ａ側と接続され、これによりヒューズエレメント３がバッテリスタック２５の充放電経路上に直列に接続される。また、保護素子１は、発熱体４が第１の発熱体電極８及び第３の外部接続電極１０を介して電流制御素子２８と接続されるとともに、発熱体４がバッテリスタック２５と接続される。このように、発熱体４は、一端を中間電極６を介してヒューズエレメント３及びバッテリスタック２５の一端側と接続され、他端を第３の外部接続電極１０を介して電流制御素子２８及びバッテリスタック２５の他端側と接続される。これにより電流制御素子２８によって通電が制御可能な発熱体４への給電経路が形成される。
　［保護素子の動作］
　検出回路２７がバッテリセル２１ａ～２１ｄのいずれかの異常電圧を検出すると、電流制御素子２８へ遮断信号を出力する。すると、電流制御素子２８は、発熱体４に通電するよう電流を制御する。保護素子１は、バッテリスタック２５から、発熱体４に電流が流れ、これにより発熱体４が発熱を開始する。保護素子１は、発熱体４の発熱によりヒューズエレメント３が溶断し、バッテリスタック２５の充放電経路を遮断する。また、保護素子１は、ヒューズエレメント３を高融点金属と低融点金属とを含有させて形成することにより、高融点金属の溶断前に低融点金属が溶融し、溶融した低融点金属による高融点金属の溶食作用を利用して短時間でヒューズエレメント３を溶解させることができる。
　保護素子１は、ヒューズエレメント３が溶断することにより、発熱体４への給電経路も遮断されるため、発熱体４の発熱が停止される。
　なお、保護素子１は、バッテリパック２０に定格を超える過電流が通電された場合にも、ヒューズエレメント３が自己発熱により溶融し、バッテリパック２０の充放電経路を遮断することができる。
　このように、保護素子１は、発熱体４の通電による発熱、あるいは過電流によるヒューズエレメント３の自己発熱によってヒューズエレメント３が溶断する。このとき、保護素子１は、回路基板へのリフロー実装時や、保護素子１が実装された回路基板が更にリフロー加熱等の高温環境下に曝された場合にも、低融点金属が高融点金属によって被覆された構造を有することにより、ヒューズエレメント３の変形を抑制することができる。したがって、ヒューズエレメント３の変形による抵抗値の変動等に起因する溶断特性の変動が防止され、所定の過電流や発熱体４の発熱によって速やかに溶断することができる。
　本発明に係る保護素子１は、リチウムイオン二次電池のバッテリパックに用いる場合に限らず、電気信号による電流経路の遮断を必要とする様々な用途にももちろん応用可能である。
　［変形例１］
　次いで、本技術が適用された保護素子の変形例について説明する。なお、以下の説明において、上述した保護素子１の構成と同じ構成は同じ符号を付してその詳細を省略することがある。図７に示すように、保護素子は、発熱体４への給電経路とヒューズエレメント３の電流経路を独立して形成してもよい。図７（Ａ）に示す保護素子４０は、中間電極６と第２の発熱体電極９とが非接続とされている。また、第２の発熱体電極９は、第１の発熱体電極８と同様に、キャスタレーションを介して絶縁基板２の裏面２ｂに形成された第４の外部接続電極４１と連続されている。第３の外部接続電極１０及び第４の外部接続電極４１が、保護素子４０が実装される外部回路基板に設けられた接続電極に接続されることにより、発熱体４は外部回路に設けられた外部電源と接続される。そのほかの構成は、保護素子１と同様である。
　図８は、保護素子４０の回路構成を示す図である。保護素子４０は、外部回路に実装されることにより、第１の外部接続電極１５がバッテリスタック２５側と接続され、第２の外部接続電極１６が正極端子２０ａ側と接続され、これによりヒューズエレメント３がバッテリスタック２５の充放電経路上に直列に接続される。発熱体４は、第１の発熱体電極８及び第３の外部接続電極１０を介して電流制御素子２８と接続されるとともに、バッテリスタック２５と接続される。また、発熱体４は、第２の発熱体電極９及び第４の外部接続電極４１を介して図示しないアースと接続される。これにより電流制御素子２８によって通電が制御可能な発熱体４への給電経路が形成される。保護素子４０は、ヒューズエレメント３が溶断すると、これを検知した検出回路２７及び電流制御素子２８によって発熱体４への通電が停止される。
　［変形例２］
　次いで、本技術が適用された保護素子の第２の変形例について説明する。なお、以下の説明において、上述した保護素子１，４０と同一の構成については同一の符号を付してその詳細を省略することがある。図９は、変形例に係る保護素子５０を示す図であり、（Ａ）は、キャップ部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＡ－Ａ断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）に示すＢ－Ｂ断面図であり、（Ｄ）は底面図である。
　図９（Ａ）～（Ｄ）に示すように、第２の変形例に係る保護素子５０は、絶縁基板２の表面２ａと反対側の裏面２ｂに、発熱体４、第１，第２の引出電極１７，１８及びこれらを被覆する絶縁層５が形成されている。また、絶縁基板２の裏面２ｂには、第１、第２の発熱体電極８，９、第１、第２の外部接続電極１５，１６が形成されている。
　また、絶縁基板２の表面２ａには、第１、第２の電極１１，１２、及び中間電極６が形成され、これら各電極１１，１２，６上にヒューズエレメント３が実装されている。
　絶縁基板２の表面２ａに設けられた第１、第２の電極１１，１２、及び中間電極６や、絶縁基板２の裏面２ｂに設けられた発熱体４、第１，第２の引出電極１７，１８、第１、第２の発熱体電極８，９、及び第１、第２の外部接続電極１５，１６は、上述した保護素子１と同様の工程によって形成することができる。
　第２の発熱体電極９と中間電極６は、絶縁基板２の側面に形成されたキャスタレーションや絶縁基板２を貫通する導電スルーホール等により電気的に接続されている。すなわち、中間電極６は、第２の発熱体電極９を介して発熱体４と電気的及び熱的に接続される。これにより、保護素子５０は、発熱体４が絶縁基板２を介して中間電極６を加熱するとともに、熱伝導性に優れる第２の発熱体電極９及びキャスタレーションを介して発熱体４の熱が中間電極６に伝わり、ヒューズエレメント３を加熱、溶断することができる（図１０（Ａ）（Ｂ））。
　なお、保護素子５０では、第１、第２の発熱体電極８，９が外部回路基板の電極と接続される外部接続電極ともなるため、保護素子１に設けた第３の外部接続電極１０や保護素子４０に設けた第４の外部接続電極４１は設けられていない。
　保護素子５０においても、平面視において、中間電極６は、ヒューズエレメント３の通電方向と直交する方向に発熱体４と同等以上の長さを有し、且つ先端部が発熱体４より張り出している。そして、フラックス７は、ヒューズエレメント３の通電方向と直交する方向において、ヒューズエレメント３を超えて、少なくとも発熱体４と同位置まで塗布されている。
　これにより、保護素子５０においても、フラックス７の塗布領域が、平面視において発熱体４と同位置とされ、過度にフラックス量を増やすことなく、ヒューズエレメント３の酸化を防止することができる。したがって、保護素子５０は、発熱体４の発熱により、フラックス７による過度な吸熱を抑えつつ、フラックス７がヒューズエレメント３を溶融させる範囲において効率的に活性化される。このため、ヒューズエレメント３の酸化を防止でき、ヒューズエレメント３の断面積が大型化した場合でも、溶断時間が延びることなく、且つ確実にヒューズエレメント３を溶断することができる。また、ヒューズエレメント３が速やかに溶断することで、中間電極６や発熱体４自体の損傷を防止でき、発熱遮断動作を安定化させることができる。
　なお、保護素子５０においても、保護素子４０と同様に、中間電極６と第２の発熱体電極９とを非接続とすることにより、発熱体４への給電経路とヒューズエレメント３の電流経路を独立して形成してもよい。
　次いで、本技術の実施例について説明する。本実施例では、フラックスの塗布領域を変えた保護素子のサンプルを作製し、高温高湿環境下（６０℃９５％の環境に３００時間）に投入した後、発熱体に１００Ｗの電力を印加し、ヒューズエレメントの溶断試験を行った。
　実施例及び比較例に係る保護素子サンプルは、フラックスの塗布領域及びキャップ部材に設けた突起を除き、上述した保護素子１と同様の構成を有する。また、実施例及び比較例に係る保護素子のフラックスの塗布領域に応じた開口部を有するマスクを用いて、所定の範囲に、所定量のフラックスを塗布した。
　［比較例１］
　図１１に示すように、比較例１に係る保護素子は、ヒューズエレメント３の通電方向と直交する方向において、フラックスをヒューズエレメント３上にのみ塗布した。ヒューズエレメント３の通電方向においても、フラックスを中間電極と重畳する位置に塗布したが、発熱体と同位置までは塗布していない。また、キャップ部材の天面に、円柱状の突起をヒューズエレメントの通電方向と直交する幅方向（溶断方向）に沿って３つ並列させ、フラックスを保持させた。
　［実施例１］
　図１２に示すように、実施例１に係る保護素子は、ヒューズエレメント３の通電方向及びヒューズエレメント３の通電方向と直交する方向において、フラックスを発熱体４と同位置まで塗布した。また、キャップ部材の天面に、円柱状の突起をヒューズエレメントの通電方向と直交する幅方向（溶断方向）に沿って３つ並列させ、フラックスを保持させた。実施例１においてフラックスの塗布に使用したマスクの開口部面積は、比較例１に係るマスクの開口部面積に対して５４％広い。すなわち、実施例１は、比較例１に対して５４％広いフラックスの塗布面積を有する。
　［実施例２］
　図１３に示すように、実施例２に係る保護素子は、ヒューズエレメント３の通電方向及びヒューズエレメント３の通電方向と直交する方向において、フラックスを発熱体４と同位置まで塗布した。また、キャップ部材の天面に、ヒューズエレメントの通電方向と直交する幅方向（溶断方向）を長軸とする楕円柱状の突起を形成し、フラックスを保持させた。フラックスの塗布面積は、実施例１と同じである。
　［実施例３］
　図１４に示すように、実施例３に係る保護素子は、ヒューズエレメント３の通電方向及びヒューズエレメント３の通電方向と直交する方向において、フラックスを発熱体４と同位置まで塗布した。また、実施例３では、天面に突起が形成されていないキャップ部材を用いた。フラックスの塗布面積は、実施例１と同じである。
　実施例及び比較例に係る保護素子について、平均溶断時間（秒）、最小・最大溶断時間（秒）、及び未切断発生率（％）を求めた。実施例及び比較例に係る保護素子とも、サンプルの数ｎは１９２である。なお、未切断発生率（％）とは、ヒューズエレメントが所定の時間を経過しても溶断しないサンプルの発生率をいい、ヒューズエレメントや中間電極が酸化することにより溶融が阻害され溶断が不可能となることに起因して発生する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、実施例１～３は、比較例１に比して平均溶断時間（秒）、最小・最大溶断時間（秒）、及び未切断発生率（％）のいずれも有利な結果となった。これは、各実施例においては、ヒューズエレメントを超えて、少なくとも発熱体と同位置までフラックスが塗布されていることから、ヒューズエレメントの通電方向と直交する幅方向（溶断方向）にわたってヒューズエレメント及び中間電極の酸化が防止されるとともに、中間電極の濡れ性が向上され、これにより、ヒューズエレメントの溶融が促進されるとともにヒューズエレメントの溶融導体が濡れ広がり、速やかに且つ確実に溶断されたことによる。
　一方、比較例１では、フラックスの塗布領域がヒューズエレメント上に留まることから、ヒューズエレメント及び中間電極の酸化防止が不十分となり、実施例に比して溶断時間が長く、また未切断のサンプルが発生した。
１　保護素子、２　絶縁基板、２ａ　表面、２ｂ　裏面、３　ヒューズエレメント、３ａ　溶融導体、４　発熱体、５　絶縁層、６　中間電極、７　フラックス、８　第１の発熱体電極、９　第２の発熱体電極、１０　第３の外部接続電極、１１　第１の電極、１２　第２の電極、１３　低融点金属、１４　高融点金属、１５　第１の外部接続電極、１６　第２の外部接続電極、１７　第１の引出電極、１８　第２の引出電極、１９　キャップ部材、１９ａ　突起、２０　バッテリパック、２１　バッテリセル、２２　充電装置、２３　電流制御素子、２４　制御部、２５　バッテリスタック、２６　充放電制御回路、２７　検出回路、２８　電流制御素子、３０　接続体、３１　マスク、３２　開口部、３３　スキージ、４０　保護素子、４１　第４の外部接続電極、５０　保護素子

Claims (10)

  1. 　絶縁基板と、
    　上記絶縁基板の表面側に設けられた発熱体と、
    　上記発熱体を覆う絶縁層と、
    　上記絶縁層上に設けられた中間電極と、
    　上記中間電極に接続されたヒューズエレメントと、
    　上記ヒューズエレメント上に設けられたフラックスを有し、
    　上記中間電極は、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向において、上記発熱体と同等以上の長さを有し、且つ先端部が上記発熱体より張り出し、
    　上記フラックスは、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向において、上記ヒューズエレメントを超えて、少なくとも上記発熱体と同位置まで塗布されている、保護素子。
  2. 　上記フラックスは、上記ヒューズエレメントの通電方向において、少なくとも上記発熱体と同位置まで塗布されている、請求項１に記載の保護素子。
  3. 　上記フラックスは、上記ヒューズエレメントを超えて上記中間電極及び／又は上記絶縁層に亘って塗布されている、請求項１又は２に記載の保護素子。
  4. 　上記絶縁基板の上記ヒューズエレメントが搭載された表面を覆うキャップ部材を備え、
    　上記キャップ部材は、上記フラックスを所定の位置に保持する突起が上記中間電極と対向して立設されている、請求項１又は２に記載の保護素子。
  5. 　上記キャップ部材は、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向に沿って、複数の上記突起が立設されている、請求項４に記載の保護素子。
  6. 　上記中間電極は、上記発熱体と電気的に接続している請求項１又は２に記載の保護素子。
  7. 　上記中間電極は、上記発熱体と電気的に独立している請求項１又は２に記載の保護素子。
  8. 　絶縁基板と、
    　上記絶縁基板の表面側に設けられた中間電極と、
    　上記中間電極に接続されたヒューズエレメントと、
    　上記ヒューズエレメント上に設けられたフラックスと、
    　上記絶縁基板の表面と反対の裏面側に設けられた発熱体と、
    　上記発熱体を覆う絶縁層とを有し、
    　上記中間電極は、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向において、上記発熱体と同等以上の長さを有し、且つ先端部が上記発熱体より張り出し、
    　上記フラックスは、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向において、上記ヒューズエレメントを超えて、少なくとも上記発熱体と同位置まで塗布されている、保護素子。
  9. 　絶縁基板と、上記絶縁基板の表面側に設けられた発熱体と、上記発熱体を覆う絶縁層と、上記絶縁層上に設けられた中間電極を有し、上記中間電極にヒューズエレメントが接続された接続体を形成する工程と、
    　上記ヒューズエレメント上に、塗布領域に応じた開口部を有するマスクを介してフラックスを塗布する工程と、
    　上記絶縁基板の上記ヒューズエレメントが搭載された表面にキャップ部材を接続して基板表面を被覆する工程を有し、
    　上記中間電極は、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向において、上記発熱体と同等以上の長さを有し、且つ先端部が上記発熱体より張り出し、
    　上記フラックスは、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向において、上記ヒューズエレメントを超えて、少なくとも上記発熱体と同位置まで塗布されている、保護素子の製造方法。
  10. 　絶縁基板と、上記絶縁基板の表面側に設けられた中間電極と、上記絶縁基板の表面と反対の裏面側に設けられた発熱体と、上記発熱体を覆う絶縁層とを有し、上記中間電極にヒューズエレメントが接続された接続体を形成する工程と、
    　上記ヒューズエレメント上に、塗布領域に応じた開口部を有するマスクを介してフラックスを塗布する工程と、
    　上記絶縁基板の上記ヒューズエレメントが搭載された表面にキャップ部材を接続して基板表面を被覆する工程を有し、
    　上記中間電極は、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向において、上記発熱体と同等以上の長さを有し、且つ先端部が上記発熱体より張り出し、
    　上記フラックスは、上記ヒューズエレメントの通電方向と直交する方向において、上記ヒューズエレメントを超えて、少なくとも上記発熱体と同位置まで塗布されている、保護素子の製造方法。
     
     
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